JP3184005B2 - 円弧状型めっきセル高電流密度錫めっき方法 - Google Patents

円弧状型めっきセル高電流密度錫めっき方法

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JP3184005B2 JP15020993A JP15020993A JP3184005B2 JP 3184005 B2 JP3184005 B2 JP 3184005B2 JP 15020993 A JP15020993 A JP 15020993A JP 15020993 A JP15020993 A JP 15020993A JP 3184005 B2 JP3184005 B2 JP 3184005B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ぶりき、薄錫めっき鋼
板等電気錫めっき鋼板の製造に用いる円弧状型めっきセ
ル高電流密度錫めっき方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ぶりき、薄錫めっき鋼板等電気錫めっき
鋼板の製造は、通常縦型のめっきセルを用い、めっき浴
にはハロゲン浴、フェロスタン浴、アルカリ浴等を用
い、電流密度20A/dm2程度の比較的低電流密度で
行われる。したがって、生産性の観点では必ずしも満足
できない点があり、高生産性化するために高電流密度化
し、高速でかつ低コストでめっきできる技術の開発が強
く望まれていた。このような高速錫めっき技術を可能に
するには、めっきセルの形状を工夫するいわゆるハード
面での技術と、めっき浴、温度等のめっき条件を工夫す
るいわゆるソフト面での技術との両面での技術が必要と
なる。
【0003】ハード面の技術としてのめっきセル形状
は、通常錫めっきに使用されているのは浸漬縦型セルで
あるが、この場合には高電流密度化に必要な液の高流速
化が困難であり、特公昭58−32239、61−21
319号公報に示されているめっきセルでは、めっき液
の高流速化は可能であるが、電極とストリップとの間の
めっき液量で静圧差を生じて、ストリップの位置、形状
を矯正する必要があるため、所定のめっき液量が必要で
あり、鋼ストリップの位置、形状を保ちながら10mm
以下の電極−鋼ストリップ距離の実現には困難性があ
る。これに対し、本発明者らは、先に鋼ストリップの中
央ずれや形状不良をほぼ完全に矯正し、電極−鋼ストリ
ップ距離を小さくできる円弧状めっきセルを提案した
(特願平5−042674号)。
【0004】一方、ソフト技術としてのめっき浴は、上
述のめっき浴中で最も広く使用されているのはフェロス
タン浴であるが、この浴を用いても50A/dm2以上
になると激しいめっき焼けが生じてしまい、高電流密度
化は困難である。これに対しては、特開平4−2285
95号公報に開示されているようなアルキルスルホン酸
を酸成分とするめっき浴がある。しかしながら、めっき
浴のもう一つの具備すべき条件として、COD値に代表
されるような廃液における環境問題のないことが極めて
重要な要件であるが、前述のフェロスタン浴はもとよ
り、アルキルスルホン酸浴においても、この環境性に問
題がある。以上述べてきたように、高速化が可能な高電
流密度でめっきができ、かつ良環境性で、低コストな技
術は、従来技術では困難であるといえる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、上述の
高速錫めっき化のソフト技術となるめっき浴として低コ
スト、良環境性の観点から、硫酸浴に着目した。しか
し、硫酸浴は特に高電流密度領域ではスラッジの発生が
極めて多いのが最大の弱点であった。このスラッジが多
量に発生すると、効果な錫イオンを無駄にして製造コス
トを高くするばかりでなく、めっき中にめっき皮膜に付
着しめっき品質を損ねるという問題がある。したがっ
て、硫酸浴を用いて高電流密度の錫めっきを行う場合に
は、ソフト技術面ではスラッジの発生を抑制するととも
に、流れ易くするためにその形状を小さくするめっき浴
と、ハード技術面ではスラッジを流し去ることが可能で
高流速が可能なめっきセルが必要である。そこで、本発
明は、スラッジ発生が少なくかつ形状が小さいめっき浴
と高流速が可能なめっきセルとを組み合わせた円弧状型
めっきセル高電流密度錫めっき方法の提供を目的とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】従来から知られているよ
うに、錫めっき液中の錫イオンはSn2+として存在する
が、液中の酸素によって酸化して、次式(1)に従って
錫酸化物になってしまう。この錫酸化物がスラッジであ
る。 Sn2++O2→SnO2 (1) 本発明者らは、上述の課題に対し、Sn2+イオンと有機
化合物との関わり合いを酸化防止および生成するスラッ
ジの小形状化について詳細に検討し、併せて高流速化が
可能なめっきセルとの組み合わせを種々検討した結果、
本発明に至ったものである。
【0007】すなわち、本発明は、電解めっき位置にて
鋼ストリップ走行ラインを円弧状に曲げ、この円弧状部
の内側および外側に沿って電極を配置し、該電極と鋼ス
トリップとの間に電解液を入れる円弧状型めっきセルを
用い、硫酸5〜50g/l、二価錫イオン40〜100
g/lおよび二つ以上のヒドロキシ基を有する芳香族化
合物と、一つのヒドロキシ基と窒素あるいは酸素で配位
した電子供与性置換基とを有する芳香族化合物とを、4
対1の割合で混合した芳香族化合物0.01〜2g/l
を主成分とする電解液を用い、浴温30〜70℃、電流
密度50A/dm2以上で鋼ストリップ上に錫を電析さ
せる円弧状型めっきセル高電流密度錫めっき方法であ
る。なお、本発明で表す円弧状とは、円、楕円の他に、
屈曲点がなく、滑らかに一方向に沿って曲げられた状態
を意味するものである。
【0008】
【作用】以下、本発明について詳細に説明する。第一
に、ソフト技術としてのめっき浴に関して述べる。ま
ず、めっき液の硫酸濃度は5〜50g/lとする。これ
は、5g/lで電解液のpHは約1.2で二価錫イオン
は安定であるが、これより低い濃度では、電解時に陰極
近傍でpHが高くなるため、二価錫イオンが不安定とな
って沈澱が生じ易く、電析した錫の光沢が優れない。一
方、50g/lより濃いと、鋼ストリップの溶解による
浴中の鉄濃度の上昇による浴の劣化促進、装置の腐食促
進等、様々な弊害が生じる。
【0009】二価錫イオン濃度は、40〜100g/l
とする。40g/l未満では高電流密度でめっきを行う
といわゆるめっき焼けを生じ、高品質のぶりきが得難
い。100g/lを超えると、鋼ストリップの持ち出す
二価錫イオンが多くなることに加え、スラッジが多量に
生成するようになり、経済的に不利である。
【0010】めっき液にはさらに酸化を抑制する効果を
有する芳香族化合物を添加する。酸化を抑制する化合物
としては、二価の錫イオンと錯体を形成して酸化しにく
くする効果と、酸化して四価の錫イオンとなったものを
再度還元して二価に戻してしまう効果を共有することが
望ましい。このような2つの効果を有するのが、二つ以
上のヒドロキシ基を有する芳香族化合物である。すなわ
ち、ヒドロキシ基を有することで還元性を持ち、二つ以
上あることでその電子供与性のために、ベンゼン環の電
子密度が高くなり、二価の錫イオンと錯体を形成し易く
なる。
【0011】ヒドロキシ基以外の置換基は、ヒドロキシ
基、アミノ基、メトキシ基等でよいので、具体例として
の化合物は、ジヒドロキシフェニル化合物(カテコー
ル、ヒドロキノン、2,3−ジヒドロキシ安息香酸、
3,4−ジヒドロキシベンズアルデヒド、3,5−ジヒ
ドロキシトルエン等)、トリヒドロキシフェニル化合物
(ピロガロール、フロログルシン、没食子酸、没食子酸
n−プロピル、3,4,5−トリヒドロキシ安息香酸
等)である。
【0012】さらに、形成するスラッジの形状を小さく
するためには、この二つ以上のヒドロキシ基を有する芳
香族化合物と、一つのヒドロキシ基と窒素あるいは酸素
で配位した電子供与性置換基とを有する芳香族化合物と
を、4対1の割合で混合した芳香族化合物が極めて大き
な効果を有することが判った。後者の具体例としては、
アミノフェノール、ヒドロキシアニソールがある。
【0013】スラッジの生成は、液中で錫酸化物となっ
た時点で、溶解度が小さいために晶出し、ある程度の大
きさになった場合に沈澱するものであるが、一般によく
知られているように、生成サイトが多いほど晶出時の形
状は小さくなる。これら2種の芳香族化合物を添加する
と、詳細な機構は不明であるが、最初から錯体を形成し
ないで直接酸化するもの、一つのヒドロキシ基を有する
芳香族化合物と一度錯体を形成し、その後何らかの理由
で離れた時点で酸化するもの、あるいは二つのヒドロキ
シ基を有する芳香族化合物と一度錯体を形成し、その後
何らかの理由で離れた時点で酸化するものというよう
に、一律の条件で酸化しなくなるため、小さな形状にな
るものと考えられる。これらの化合物の添加濃度は0.
01〜2g/lが最適である。これは0.01g/l未
満ではその効果がなく、2g/l超では効果はあるもの
の、飽和してしまうので経済的ではなく、良環境性を保
つのにもマイナス面があるためである。
【0014】さらに、上述の化合物の中でも詳細に検討
すると、置換基の配位箇所によってその効果が変わり、
特にオルト位(o−)とパラ位(p−)にある時に効果
が最大になるので、好ましくは、オルト位(o−)とパ
ラ位(p−)に配位している芳香族化合物がよい。即
ち、フロログルシンよりピロガロールの方が、m−アミ
ノフェノールよりo−,p−アミノフェノールの方が効
果が大きい。これは、詳細は不明であるもののその分子
構造上ベンゼン環に電子が集まり易く錯体形成の容易に
なることに関係したものであると考えられ、添加量もこ
れらオルト位、パラ位のものは0.01〜0.1g/l
と少量で効果を発揮する。
【0015】また、めっき条件のうち、浴温は30〜7
0℃とする。電解や攪拌等による発熱のため、30℃未
満の浴温を得るには冷却のためのコストがかかり、経済
的でないばかりでなく、外観、耐食性の優れためっきが
得られない。70℃を超える浴温での操業は、装置類の
腐食や鋼板の鉄溶出促進による浴の劣化が促進されるこ
と、および蒸気の発生が多くなり、作業環境が悪くなる
ことから避けるべきである。
【0016】電流密度は、フェロスタン浴では困難であ
った50A/dm2以上の高電流密度でめっきを行う。
これは、50A/dm2未満では本発明の目的とする高
速化が不可能であるためである。その他のめっき条件、
すなわちめっき液へ添加する光沢剤、鋼ストリップの前
処理、電極種類、めっき後のリフロー処理等は、全て通
常フェロスタン浴を用いて行っている方法を用いれば良
い。
【0017】第二に、ハード技術となるめっきセルであ
るが、本発明では電解めっき位置にて鋼ストリップ走行
ラインを円弧状に曲げ、この円弧状部の内側および外側
に沿って電極を配置し、該電極と鋼ストリップとの間に
電解液を入れる円弧状型めっきセルを用いる。図1にそ
の代表的な形状を示す。このように、第1電極パッドを
ベントフロータータイプとしているので、ストリップと
パッドとの間に静圧が生じてストリップを所用のライン
に沿って保持することができ、しかもストリップの走行
ラインをその走行ラインに曲げて円弧部を形成させてい
るので、ストリップ幅方向に剛性が増し、形状不良が矯
正される。そのため、高電流密度化と、液の10m/s
以上の高流速化が可能である。スラッジの小形状化に
は、液の攪拌も効果が大きいので、前述のめっき浴と円
弧状型めっきセルとの組み合わせによれば、スラッジの
より一層の小形状化、無害化が可能である。
【0018】
【実施例】以下本発明を実施例に基づいて具体的に説明
する。まず最初に、スラッジの生成量と形状についての
実施例を示し、次にめっき製造の実施例を示す。 (1)スラッジの生成量と形状試験 下記に示す組成のめっき液に、表1に示す芳香族化合物
を添加して、酸素酸化させた。 めっき液:硫酸錫(II) 108.6g/l(錫として
60g/l) 硫酸 16.7g/l ENSA 4.0g/l
【0019】試験は、内径105mm、高さ800mm
の錫溶解槽に粒径2.8mm錫粒を5kg充填し、80
リットルのめっき液を60リットル/分で循環させ、
1.5リットル/分の酸素を吹き込んだ。溶解槽内圧力
は2kgf/cm2とした。酸素吹き込み2時間後にめ
っき液2リットルを濾過し、スラッジの重量を測定し
た。スラッジの形状は、定量評価が困難なので、酸化中
を目視観察して大小を判断した。試験結果は、表1に示
すように、芳香族化合物の添加でスラッジ生成は大幅に
抑制され、さらに2種の芳香族化合物を混合添加するこ
とにより形状も小さくなった。
【0020】
【表1】
【0021】(2)めっき試験 図1に示す円弧状めっきセル(主仕様は下記)を用い、
下記のめっき条件でめっきを行った。 セル主仕様 電極パッド径:R=500mm 第1及び第2電極パッド間隔:H=20mm スリットノズル間隔:t=5mm パッド幅:W=1200mm パッド円弧部角度:180度 電極材質:Ti母材にPtめっき
【0022】めっき条件 めっき浴−1 硫酸錫(II) 108.6 g/l (錫として60 g/l) 硫 酸 16.7 g/l ENSA 4.0 g/l ピロガロール 0.08 g/l o−アミノフェノール 0.02 g/l めっき浴−2 硫酸錫(II) 108.6 g/l (錫として60 g/l) 硫 酸 16.7 g/l ENSA 4.0 g/l ピロガロール 0.12 g/l p−ヒドロキシアニソール 0.03 g/l 浴 温 45℃ 電流密度 150A/dm2 目付け量 2g/m2
【0023】 操業条件 通板速度 400〜1,0
00mpm 鋼ストリップ寸法 幅1,000×厚さ0.2mm 張力 1 kgf/mm2 めっき液のノズル流速 ul-3m/s, u2-1m/s, u3-2m/s めっき−1およびめっき−2いずれの場合も、めっき操
作上の問題はなく、得られた錫めっき鋼板のめっき光沢
(JIS Z 8741の方法で測定)、耐食性(AT
C試験)共に良好であった。しかも、スラッジ発生も少
なかった。
【0024】
【発明の効果】以上の実施例から明らかなように、本発
明によれば、高電流密度での錫めっきにおいても低コス
ト、良環境性の硫酸浴でスラッジの生成量を抑えてめっ
きが高速でできるので、ぶりき等の製造において、品質
面、コスト面、環境面での工業的価値が極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わるめっきセルの構造例を示す断面
図。
【符号の説明】
1 第1電極パッド 2 第2電極パッド 3 金属ストリップ 4 第1電極パッドの噴射ノズル 5 第2電極パッドの噴射ノズル 6 コンダクターロール 7 めっき液タンク 8 めっき液排出孔 9 液切りロール u1 ノズル1流速 u2 ノズル2流速 u3 ノズル3流速 t スリットノズル間隔 H 第1及び第2電極パッド間隔 R パッド径
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋田 靖博 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株 式会社 技術開発本部内 (56)参考文献 特開 平6−346273(JP,A) 特公 平2−41589(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C25D 7/06 C25D 3/32 C25D 5/26

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電解めっき位置にて鋼ストリップ走行ラ
    インを円弧状に曲げ、この円弧状部の内側および外側に
    沿って電極を配置し、該電極と鋼ストリップとの間に電
    解液を入れる円弧状型めっきセルを用い、硫酸5〜50
    g/l、二価錫イオン40〜100g/lおよび二つ以
    上のヒドロキシ基を有する芳香族化合物と、一つのヒド
    ロキシ基と窒素あるいは酸素で配位した電子供与性置換
    基とを有する芳香族化合物とを、4対1の割合で混合し
    た芳香族化合物0.01〜2g/lを主成分とする電解
    液を用い、浴温30〜70℃、電流密度50A/dm2
    以上で鋼ストリップ上に錫を電析させる円弧状型めっき
    セル高電流密度錫めっき方法。
JP15020993A 1993-06-22 1993-06-22 円弧状型めっきセル高電流密度錫めっき方法 Expired - Fee Related JP3184005B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102525713B1 (ko) * 2020-12-31 2023-04-26 천해(주) 건축물의 내·외장용 안전패널

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